輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測新技術(shù)

目錄一、輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測重要性二、電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)三、輸變電線路的電磁環(huán)境及監(jiān)測四、輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測技術(shù)五、總結(jié)與展望大氣污染噪聲污染電磁污染水污染四大污染電磁輻射是繼水、噪聲、大氣之后的第四大環(huán)境污染源，隨著社會的飛速發(fā)展，各個地區(qū)城市化進(jìn)程的加快及對供電可靠率要求的提高，高壓、超高壓和特高壓輸電越來越普遍，輸變電線路產(chǎn)生的電磁污染問題日趨嚴(yán)重。電磁環(huán)境問題已引起環(huán)保、電力等相關(guān)部門甚至公眾的關(guān)注。

從另一方面講，公眾普遍擔(dān)心高壓線路附近的地面工頻電磁場會對人體產(chǎn)生巨大危害，電磁環(huán)境糾紛及當(dāng)?shù)厝罕姼蓴_輸變電工程建設(shè)事件時有發(fā)生；高壓交流輸電線路附近地面工頻電場、工頻磁場的限值要求也決定了鐵塔的高度和輸電走廊的寬度等，對建設(shè)成本有直接影響，了解和掌握運行中的各類輸變電設(shè)備周圍實際電磁環(huán)境水平和影響范圍顯得尤為重要。一、輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測重要性一、輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測重要性國際非電離輻射防護(hù)委員會(ICNIRP)曾在1998提出電磁場輻射強(qiáng)度對人體危害的標(biāo)準(zhǔn)為100微特斯拉（0.1mT）。2007年，這一標(biāo)準(zhǔn)被世界衛(wèi)生組織正式推薦，并被世界上許多國家采納。

目前我國也以100微特斯拉作為國家電磁場輻射強(qiáng)度對人體危害的安全標(biāo)準(zhǔn)。二、電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于工頻電磁場對人體健康和生態(tài)的影響，國內(nèi)外包括醫(yī)學(xué)衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、電力部門、高校研究機(jī)構(gòu)等都進(jìn)行了大量的研究工作，取得了一些成果，但是關(guān)于工頻磁場對人體的長期影響目前尚無定論。三、輸變電線路的電磁環(huán)境及監(jiān)測

運行中的輸變電設(shè)備在其周圍產(chǎn)生電磁場，電磁場以電磁波形式通過空間傳播能量流。我國輸變電設(shè)備的工作頻率是50Hz，屬于低頻電磁場。

輸變電線路所產(chǎn)生電磁場及其環(huán)境問題主要考慮監(jiān)測對象：工頻電場、工頻磁場、由電暈放電引起的可聽噪聲及無線電干擾

工頻電場工頻磁場由電暈放電引起的可聽噪聲無線電干擾電磁污染源調(diào)查與環(huán)境監(jiān)測調(diào)查目的為了快速開展治理工作，切實保護(hù)環(huán)境，造福人類，對電磁污染進(jìn)行調(diào)查研究，有利于找準(zhǔn)污染源和電磁污染分布規(guī)律，為評價和污染防治提供依據(jù)。調(diào)查內(nèi)容及程序首先調(diào)查主要射頻設(shè)備的分布使用情況、發(fā)射頻率范圍和額定功率，周圍現(xiàn)場環(huán)境、人口分布等情況；再進(jìn)行布點與監(jiān)測，電磁污染源產(chǎn)生的場可分為近場和遠(yuǎn)場，衡量場的大小用電場強(qiáng)度E和磁場強(qiáng)度H。電磁輻射環(huán)境監(jiān)測的主要任務(wù)（1）對環(huán)境中電磁輻射水平進(jìn)行監(jiān)測；（2）對污染源進(jìn)行監(jiān)督性監(jiān)測；

（3）為征收排污費或處理電磁輻射污染環(huán)境案件提供監(jiān)測數(shù)據(jù)；

（4）為編制電磁輻射環(huán)境影響報告書（表）和編寫環(huán)境質(zhì)量報告書提供有關(guān)監(jiān)測資料，進(jìn)行有關(guān)電磁輻射環(huán)境保護(hù)的監(jiān)測；

（5）對環(huán)境保護(hù)設(shè)施竣工驗收的各環(huán)境保護(hù)設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測。電磁環(huán)境監(jiān)測模型模擬及預(yù)測類比監(jiān)測在線監(jiān)測技術(shù)儀器監(jiān)測發(fā)展成熟的監(jiān)測技術(shù)四、輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測技術(shù)發(fā)展不成熟的監(jiān)測技術(shù)在《電磁輻射暴露限值和測量方法》(征求意見稿)[2]中，國家環(huán)境保護(hù)總局詳細(xì)介紹了2種電磁輻射監(jiān)測儀及其要求窄帶輻射的測量設(shè)備寬帶輻射的測量設(shè)備對窄帶輻射的測量設(shè)備的要求：場強(qiáng)測量設(shè)備具備方向性響應(yīng)或各向同性，其帶寬可以接收并處理特定輻射的每個頻譜分量，如微波輻射、場強(qiáng)計和泄漏測量儀等。用于測量寬頻段電磁輻射的寬帶測量設(shè)備，在使用具有方向性的探頭的時候，應(yīng)以測出最大的輻射電頻為準(zhǔn)來調(diào)整探頭的方向。測量設(shè)備具有的量程和頻率范圍應(yīng)能夠滿足測量的需要，其準(zhǔn)確度應(yīng)保證不超過3dB。對寬帶輻射的測量設(shè)備的要求：

場強(qiáng)測量設(shè)備要求能夠接收并處理帶寬內(nèi)某特定輻射的一部分頻譜分量，例如達(dá)到《無線電干擾和抗干擾測量設(shè)備規(guī)范》(GB/T6113.1-1995)中的要求的頻譜儀、測量接收機(jī)以及天線組合等。窄帶測量設(shè)備是用于測量具有單個或者已知的頻率的電磁輻射。電磁輻射監(jiān)測儀模型的模擬及預(yù)測現(xiàn)有的預(yù)測模型都是將復(fù)雜的實際情況簡化成理想的狀態(tài)來計算和預(yù)測輸變電線路電磁場分布情況，其簡化如下[1]：(1)大地為無窮大導(dǎo)體平面，電位為零。(2)輸電導(dǎo)線是有著相同半徑、彼此間相互平行且與地面平行的無限長光滑圓柱形導(dǎo)體，導(dǎo)線表面為等位面。(3)電壓等級已知，電荷分布沿線路無畸變，即不考慮線路電壓降落，并且忽略導(dǎo)體支持物(包括鐵塔、金具和絕緣子等)及任何其它鄰近物體的影響。(4)導(dǎo)線對地高度可按平均對地高度

考慮(其中，

為導(dǎo)線懸掛點對地高度，

為對應(yīng)于年平均溫度的導(dǎo)線弧垂)或一年中可能出現(xiàn)的最低高度

。(即炎熱夏季線路滿負(fù)荷運行時檔距中央的對地高度)考慮。經(jīng)過上述假定，求解特高壓交流輸電線路表面電位梯度和線下空間電場問題可轉(zhuǎn)化為二維交變電場問題，在工頻條件下可作為二維靜電場問題進(jìn)行分析。[1]牛林,趙建國,特高壓交流輸電線路電磁環(huán)境參數(shù)預(yù)測研究:[D].山東:山東大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化,2008.模型的模擬及預(yù)測的建模工頻磁場數(shù)學(xué)模型的建立理論基礎(chǔ)由于工頻情況下電磁性能的準(zhǔn)靜態(tài)性質(zhì)，線路的磁場僅由電流產(chǎn)生。架空線路產(chǎn)生的空間磁場①特高壓交流單回輸電線路②特高壓交流同塔雙回輸電線路高壓交流輸電線路工頻磁場的橫向分布特性①單回路排列方式②雙回路排列方式高壓交流輸電線路可聽噪聲的預(yù)測研究(1)直接預(yù)測型：只適用于特定的線路結(jié)構(gòu)類型(例如單回路水平排列)或者特定的電壓等級(例如550kV)；

(2)間接預(yù)測型：可適用于各種線路結(jié)構(gòu)類型(例如單回路、雙回路、水平排列、三角排列或垂直排列)和各種電壓等級。無線電干擾的預(yù)測模型(1)激發(fā)函數(shù)的確定(2)無線電干擾電壓的傳播(3)無線電干擾場強(qiáng)的計算輸變電線路電磁環(huán)境的監(jiān)測方法(1)儀器測量(2)模型與軟件的模擬及預(yù)測(3)類比測量監(jiān)測技術(shù)缺點(1)電磁測量為手動，需要專門有經(jīng)驗的測量人員，且存在安全風(fēng)險；(2)人工測量難以得到全時段的電磁分布情況，測量點分布多、分布要求繁瑣，工作量大；(3)存在不易測量的地點，且測量時對氣候要求高。(1)我國特高壓輸電線路為多相交流，各種線路情況及沿線電荷分布均不相同，建模簡化后使得計算結(jié)果與實際有較大的差異；(2)電磁場的分布還與當(dāng)時的氣象條件等有密切的關(guān)系；(3)預(yù)測模型本身也存在著不可靠性。(1)類比測量存在當(dāng)具體要測到某條線路，很難找到建設(shè)規(guī)模、電壓等級、容量、架線形式及使用條件等各方面都類似的輸電線路；(2)類比測量的精度不高。監(jiān)測技術(shù)輸電線路的電磁環(huán)境在線檢測技術(shù)國內(nèi)對于輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的研究始于2000年左右，然而對輸變電線路電磁環(huán)境的在線監(jiān)測還處于初級階段。

輸變電線路的電磁在線監(jiān)測技術(shù)主要針對工頻電磁場的監(jiān)測。輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)一般包括三個組成部分監(jiān)測單元監(jiān)測基站監(jiān)測中心檢測單元監(jiān)測單元即工頻電磁場數(shù)據(jù)實時采集及顯示系統(tǒng)1.工頻電磁數(shù)據(jù)采集模塊2.時間同步采集模塊3.數(shù)據(jù)顯示模塊4.數(shù)據(jù)傳送模塊5.電源系統(tǒng)6.主控制器一種集數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲、傳送于一體的輸變電設(shè)備電磁環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在線監(jiān)測基站是輸變電線路附近的集中處理若干監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)收發(fā)工作一個中轉(zhuǎn)站監(jiān)測中心將數(shù)據(jù)傳給監(jiān)測中心監(jiān)控中心完成的功能包括：輸電線路監(jiān)測中心通訊系統(tǒng)、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、在線監(jiān)測數(shù)理分析模型、防范措施分析及輔助決策系統(tǒng)、輸電線路信息發(fā)布系統(tǒng)。電源系統(tǒng)的設(shè)計采用電源線直接供電會對傳感器產(chǎn)生很大的引入誤差。電源線引入的干擾誤差主要來源于供電導(dǎo)線的靜電感應(yīng)。因此，供電導(dǎo)線實行多段隔離可極大地減弱電纜引入的對測量單元的干擾。其中主電路的功能是將輸入的交流電轉(zhuǎn)變成蓄電池負(fù)載需要的直流電，控制回路的功能是實現(xiàn)自動充放電和物理隔離的核心。控制回路主電路非磁性防感應(yīng)支架的設(shè)計該支架具有防水、防高溫等功能，滿足全天候工作要求，并且可有效屏蔽外界固定裝置的接入對測量結(jié)果的影響。

支架內(nèi)具有導(dǎo)流層，可與空氣形成對流，有利于封閉層內(nèi)各部件的散熱，避免戶外高溫環(huán)境下因長時間工作引起系統(tǒng)過熱而影響穩(wěn)定性和精度情況的發(fā)生，提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)首先通過控制器對外設(shè)進(jìn)行初始化，數(shù)據(jù)的顯示刷新率為8s，數(shù)據(jù)保存的刷新率為5min。存儲數(shù)據(jù)的讀取與發(fā)送采用中斷的方式進(jìn)行，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的外傳操作時系統(tǒng)會檢測到相應(yīng)的中斷信號，并進(jìn)入數(shù)據(jù)的讀取傳送操作程序，在傳送的同時也要進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、顯示等，并通過網(wǎng)絡(luò)接口傳送至網(wǎng)絡(luò)平臺可進(jìn)行下一步的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、數(shù)據(jù)分析等。此外，系統(tǒng)開始工作后，主控制器需不斷檢測傳